趙海斌，鄔素華

（1.天津科技大學(xué) 材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，天津 300457；2.銀川佳通輪胎有限公司，寧夏 銀川 750021）

隨著輪胎工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，全鋼載重子午線輪胎向無(wú)內(nèi)胎化發(fā)展。與有內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎相比，無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎具有耐磨性能、高速性能和安全性能好，散熱快，油耗量小，故障率低等特點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)商用無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎正在迅速普及，但由于重載、路況較差導(dǎo)致的無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎胎圈鼓包現(xiàn)象較嚴(yán)重。為解決這一問(wèn)題，我公司開發(fā)了12R22.5 18PR GX58無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎，現(xiàn)將其設(shè)計(jì)情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)客戶要求，參照《歐洲輪胎輪輞技術(shù)組織標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)（ETRTO）2014》，確定12R22.5 18PR GX58無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎的主要技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞規(guī)格 22.5×9.00，充氣斷面寬度（B′）298（288～312） mm，充氣外直徑（D′） 1 096（1 069～1 114） mm，標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 930 kPa，額定負(fù)荷 3 550 kg。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 外直徑（D）和斷面寬度（B）

全鋼載重子午線輪胎充氣后周向受鋼絲簾線帶束層的箍緊作用，D′變化很小，一般僅為2～6 mm，即D與D′相差很小。本次設(shè)計(jì)外徑膨脹率（D′/D）取1.002 0，則D為1 094。

全鋼載重子午線輪胎B的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮胎體鋼絲簾線的伸張性能、輪胎斷面輪廓、帶束層角度和長(zhǎng)度等因素。本次設(shè)計(jì)斷面寬膨脹率（B′/B）取1.012，則B為295 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

全鋼載重子午線輪胎的b主要與扁平率和帶束層剛性有關(guān)，同時(shí)對(duì)輪胎的抓著性能、操縱性能、耐磨性能和滾動(dòng)阻力有影響。具有多層鋼絲簾線帶束層的輪胎應(yīng)取較大h，如果h較小會(huì)減小接地面積，從而使胎冠中部磨損較快，對(duì)輪胎抓著性能有很大的不良影響。

為保證輪胎有適當(dāng)?shù)慕拥孛娣e，本次設(shè)計(jì)h/斷面高度（H）取0.034，H為260.1 mm，則h為8.8 mm；b/B取0.84，則b為250 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和著合寬度（C）

由于是無(wú)內(nèi)胎輪胎，為防止漏氣，輪胎與輪輞采用過(guò)盈配合。為保證輪胎與輪輞緊密配合，同時(shí)兼顧輪胎裝卸方便，根據(jù)輪輞直徑為571.5 mm，d比輪輞直徑小1～3 mm，本次設(shè)計(jì)d確定為569.5 mm。

C/B一般為0.7～0.8，同時(shí)C大于輪輞寬度時(shí)可以提高輪胎耐磨性能和胎側(cè)剛性。根據(jù)輪輞寬度為228.5 mm，本次設(shè)計(jì)C取254 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于輪胎斷面最寬處，是輪胎法向變形最大部位，也是胎側(cè)最薄處。子午線輪胎胎體簾線呈徑向排布，胎圈承受的應(yīng)力比斜交輪胎大，當(dāng)H1/H2較大時(shí)，胎圈部位應(yīng)力減小。本次設(shè)計(jì)輪胎用于重載、中短途運(yùn)輸車輛，對(duì)胎圈耐久性能要求相對(duì)較高。為了提高胎圈耐久性能，斷面水平軸可適當(dāng)向胎冠部位移動(dòng)，使輪胎受力區(qū)域向胎冠部位移動(dòng)，適當(dāng)增大胎冠和肩部部位受力，使最大變形區(qū)域靠近胎冠，從而提高輪胎承載性能，有效降低胎圈部位生熱，避免或減少胎圈部位脫層。借鑒以往的經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)H1/H2取0.838。

輪胎斷面如圖1所示。

圖1 輪胎斷面示意

2.5 胎面花紋

由于輪胎用于重載、中短途運(yùn)輸車輛，對(duì)其胎面花紋要求較為苛刻，既要耐磨、抗刺扎和防掉塊，又要兼具良好的通過(guò)性能和自潔性能。為此，本次設(shè)計(jì)采用型號(hào)為GX58的中心對(duì)稱塊狀花紋，胎肩部位增設(shè)10 mm寬的加強(qiáng)筋，以有效減少胎肩崩花、掉塊現(xiàn)象。結(jié)合花紋類型、胎體強(qiáng)度、使用條件及行駛速度等因素，確定花紋深度和花紋飽和度分別為22 mm和72.68%。胎肩花紋采用溝槽結(jié)構(gòu)，以利于散熱。

胎面花紋展開如圖2所示，成品輪胎胎面照片如圖3所示。

圖2 胎面花紋展開示意

圖3 成品輪胎胎面照片

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

22R22.5 18PR GX58無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線輪胎主要用于在國(guó)道和工礦混合路面上行駛的車輛，行駛速度不超過(guò)80 km·h-1，要求胎面具有良好的耐磨性和抗撕裂性，為此我公司設(shè)計(jì)了專用胎面膠配方（主體材料為天然橡膠/丁苯橡膠并用膠，補(bǔ)強(qiáng)體系為炭黑N115/白炭黑并用體系，硫化體系為平衡硫化體系）。

胎面采用兩方兩塊結(jié)構(gòu)，雙復(fù)合擠出工藝，肩部厚度為28 mm，肩部寬度為230 mm，中部厚度為20 mm，中部寬度為320 mm，基部膠厚度為3 mm。這樣的結(jié)構(gòu)有利于胎冠部位散熱。

胎面結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 胎面結(jié)構(gòu)示意

3.2 胎體和帶束層

胎體骨架材料對(duì)輪胎的承載性能和操縱性能影響很大，同時(shí)對(duì)斷面寬度、牽引性能和制動(dòng)性能等有一定的影響。根據(jù)同類輪胎的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本次設(shè)計(jì)胎體采用1層0.25＋6＋12×0.225HT鋼絲簾線，胎體安全倍數(shù)達(dá)到8.1。由于該鋼絲簾線直徑較小，因此胎側(cè)剛性低，有利于提高輪胎的承載性能。

子午線輪胎的帶束層對(duì)輪胎性能起決定性的作用。本次設(shè)計(jì)采用3層帶束層加0°帶束層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于提高輪胎的承載性能?？拷ンw的1#和2#帶束層采用3＋8×0.33HT鋼絲簾線，簾線角度為20°～30°，密度為5根·cm-1，帶束層角度為24°；3#帶束層采用5×0.35HI鋼絲簾線，簾線角度為15°～24°，密度為5根·cm-1，帶束層角度為18°；0°帶束層采用為3×7×0.20HE鋼絲簾線。帶束層安全倍數(shù)為6.3。

當(dāng)帶束層寬度（Bw）/b小于1.05時(shí)，對(duì)提高輪胎耐久性能有利；當(dāng)Bw/b小于0.9時(shí)，可防止胎肩異部位常磨損。兼顧上述兩種情況，Bw/b取小于0.94。帶束層層間寬度級(jí)差從外到內(nèi)均為10～15 mm，最外層保護(hù)層寬度為最內(nèi)層最寬帶束層的50%以上。

3.3 胎圈

胎圈承受輪胎行駛過(guò)程中的內(nèi)壓制動(dòng)力矩、離心力以及輪輞過(guò)盈力。子午線輪胎胎圈是易受力損壞的薄弱環(huán)節(jié)。本次設(shè)計(jì)胎圈鋼絲為直徑1.65 mm的回火鋼絲，覆膠后鋼絲直徑為1.85 mm；胎圈鋼絲排列方式為8-9-10-11-10-9-8-7，鋼絲圈截面呈六角形。胎圈安全倍數(shù)為9.7。另外，為進(jìn)一步提高胎圈的耐久性能，胎圈部位不但采用鋼絲包布，還在胎體反包端點(diǎn)處貼合一層錦綸66簾布，以增強(qiáng)胎圈部位。

3.4 成型工藝

成型采用三鼓一次法成型機(jī)，機(jī)頭直徑為540 mm，機(jī)頭寬度為720 mm。為提高輪胎的均勻性和動(dòng)平衡性能，采用側(cè)包冠成型工藝及半成品接頭定點(diǎn)分布技術(shù)。

3.5 硫化工藝

硫化采用1 615 mm（65英寸）B型雙模定型硫化機(jī)，硫化條件為：外壓蒸汽壓力 0.39 MPa，外壓蒸汽溫度 151 ℃；過(guò)熱水壓力 2.6 MPa，過(guò)熱水溫度 173 ℃；總硫化時(shí)間 58 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的成品輪胎在標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力（930 kPa）下的D′為1 097 mm，B′為299 mm，花紋深度為24.2 mm。成品輪胎充氣外緣尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

按照GB/T 4501—2016《載重汽車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行成品輪胎強(qiáng)度性能試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 930 kPa，壓頭直徑 38 mm。試驗(yàn)輪胎的破壞能為4 502.6 J，為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值的204.38%。成品輪胎強(qiáng)度性能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 耐久性能

按照GB/T 4501—2016進(jìn)行成品輪胎耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 930 kPa，額定負(fù)荷 3 550 kg，行駛速度 50 km·h-1，按標(biāo)準(zhǔn)程序試驗(yàn)47 h后，以每10 h負(fù)荷率增大10%繼續(xù)試驗(yàn)，直至輪胎損壞。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)成品輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為102.3 h，胎肩起鼓。成品輪胎耐久性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 高速性能

按照GB/T 4501—2016進(jìn)行成品輪胎高速性能試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 930 kPa，額定負(fù)荷 3 550 kg，初始速度 60 km·h-1，試驗(yàn)2 h后速度增至80 km·h-1，之后每行駛2 h速度提高10 km·h-1，直至輪胎損壞。成品輪胎最終行駛速度為130 km·h-1，累計(jì)行駛時(shí)間為18.1 h。成品輪胎高速性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.5 胎圈耐久性能

按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行成品輪胎胎圈耐久性能試驗(yàn)，試驗(yàn)條件為：標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 930 kPa，額定負(fù)荷 3 550 kg，試驗(yàn)速度 50 km·h-1，單胎最大負(fù)荷率 200%。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)成品輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為380.5 h。成品輪胎胎圈耐久性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)12R22.5 18PR GX58全鋼載重子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能、耐久性能和高速性能達(dá)到設(shè)計(jì)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。目前，該輪胎已經(jīng)投入市場(chǎng)，使用性能良好。